Mapas ionosféricos derivados de observaciones GPS para aplicaciones geodésicas e investigaciones geofísicas.

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1 Universidad Nacional de La Plata Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas Tesis Doctoral Mapas ionosféricos derivados de observaciones GPS para aplicaciones geodésicas e investigaciones geofísicas. Mauricio A. Gende Febrero de 2002

2 Tesis Doctoral Mapas ionosféricos derivados de observaciones GPS para aplicaciones geodésicas e investigaciones geofísicas. Mauricio A. Gende Director : Dr. Claudio A. Brunini Febrero de 2002 Universidad Nacional de La Plata Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas Paseo del Bosque s/n 1900 La Plata Argentina Correo electrónico: 3

3 mejor resultado posible y que los efectos sistemáticos que aparecieran estuvieran asociados solo a la ionosfera. Una diferencia importante con los casos anteriores es que por tratarse de una red y no de un vector o un punto aislado, el resultado de cada procesamiento fue un juego de coordenadas. Consecuentemente la forma de evaluar el modelo no consistió en examinar las diferencias entres las coordenadas finales de cada procesamiento contra las coordenadas verdaderas, ni se compararon las distancias relativas para cada vector de la red. La evaluación de las correcciones se realizó comparando las transformaciones de 7 parámetros, también llamada transformación de Helmert, de L1 y L1m contra las coordenadas verdaderas. De esta manera se puede observar que diferencias en traslación, rotación y escala hay entre los sistemas de referencia que quedan definidos a partir de L1 y L1m. La tabla 3.9 muestra la salida de las dos transformaciones de 7 parámetros. Sin modelo ionosférico (L1) Con modelo ionosférico (L1m) Valor Error Valor Error DX (metros) DX (metros) DY (metros) DY (metros) DZ (metros) DZ (metros) RX ( ) RX ( ) RY ( ) RY ( ) RZ ( ) RZ ( ) Escala (mm/km) Escala (mm/km) Error cuadrático medio total Error cuadrático medio total Tabla 3.9 Comparación entre dos transformaciones de Helmert Como se puede apreciar en la tabla el único cambio significativo que hay entre las dos transformaciones está en la escala. Siendo la de L1m un orden de magnitud menor que la de L1. La tabla 3.9 fue realizada a partir del procesamiento de sesiones de 12 horas de datos, cabe ahora preguntarse si para sesiones más cortas, más frecuentes en mediciones vinculadas al catastro, estos resultados también son válido. Para eso se realizó un conjunto de experiencias similares pero con sesiones menos prolongadas, que quedan resumidas en la figura Como se observa la mejora se sigue produciendo en magnitudes similares aun si los intervalos de observación se acortan hasta 3 horas, no siendo conveniente acortarlos más ya que para tiempos de observación menores aparecen problemas con la resolución de las ambigüedades en redes geodésicas de estas dimensiones. 100

4 Factor de escala mm/km horas 8 horas 4 horas 3 horas Intervalo de las sesiones Sin modelo ionosférico Con modelo ionosférico Figura 3.20: Diferencias en el factor de escala procesando con y sin modelo ionosférico Conclusiones De la observación de los resultados expuestos en la figura 3.20 y en la tabla 3.9 surge la bondad del modelo ionosférico para minimizar el término del factor de escala en las transformaciones de 7 parámetros. Coincidiendo este hecho con las predicciones teóricas. [Santerre, 1991] No surgen diferencias apreciables en los demás parámetros de transformación, ni en los residuos (RMS) de la transformación de Helmert como también era de esperar. Por sus características, el modelo usado resulta el ideal para implementar en estaciones permanentes que administre un catastro provincial o cualquier institución pública o privada, que contando con un solo receptor de doble frecuencia desee proveer de correcciones ionosféricas a usuarios dentro de un radio de aproximadamente 600 Km. 101

5 54. Newby, S.P., and R.B. Langley, Three alternative empirical ionospheric models - Are they better than the GPS broadcast model?, Nichols, J., A. Hansen, T. Walter, P. Enge, High latitude measurements of ionospheric scintillation using the NSTB, Proceeding of the ION National Technical Meeting, San Diego, California, Nisbet, J.S., On the construction and use of a simple ionospheric model, Radio Science, 6, 437, Oran, E.S., T.R. Young, Numerical modeling of ionospheric chemistry and transport processes, J. Phys. Chem., 81, 2463, Prölls, G., Ionospheric F-region storms, Handbook of atmospheric electrodynamics, Vol 2, CRC Press, , Rawer, K., and L. Katz, The ionosphere its significance, Ungar Publishing, Rawer, K., J.V. Lincoln, R.O. Conkright, D. Bliitza, and et. al., International Reference Ionosphere, Word Data Center A for Solar-Terrestrial Physics, NOAA, Boulder,Colorado,Report UAG-82, Rishbeth, H., R. Barron, Equilibrium electron distribution in the ionosphere F2 layer, Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics, 18, 234, Rishbeth, H., and O.K. Garriot, Introduction to Ionospheric Physics, Academic Press, New York, Royden, H.N., and D.W. Green, Comparison of two models of total electron content at three mid-latitude stations, Proceedings of the International Beacon Satellite Symposium, , Santerre, R., Impact of GPS satellite sky distribution, Manuscripta Geodaetica, 16, 28-53, Schaer, S., G. Beutler, L Mervart, M. Rothacher, Global and regional ionosphere models using the GPS double difference phase observable, 1995 IGS Workshop, Potsdam, Schaer, S., Mapping and predicting the Earth ionosphere using the Global Positioning System, Thesis, Bern University, Schunk, R.W., and A.F. Nagay, Ionosphere: physics, plasma physics, and chemistry, Cambridge University Press, Seeber, G., Satellite Geodesy: Foundations, Methods, and Applications, Walter De Gruyter, Soley, W., Spilker, J., GPS signal Structure and Performance Characteristic, Navigation, Journal of the Institute of Navigation, 25, , Skone, S. and M de Jong, The impact of geomagnetic substorms on GPS receiver performance, Earth Planets Space, 52, , Stewart, B., Aurora Borealis, Enciclopidia Britanica 9th Ed., Strobel, D.F., M.B. McElroy, The F2 layer at middle latitudes, Planet Space Sci., 18, 1181,

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